Question

今有一包鐵粉和銅粉混合粉末，為確定其組成，現提供4mol/L的FeCl₃溶液（其它用品略），某合作學習小組同學的實驗結果如下（假定反應前后溶液體積不變）：

組別	①	②	③	④
V[FeCl3（aq）]/mL	100	100	100	100
混合粉末質量/g	6	13.2	24	36
反應后剩余固體質量/g	0	1.28	12.8	24.8

下列結論正確的是（　　）

• A、原混合粉末中n（Fe）：n（Cu）=3：2
• B、第①組反應后溶液中c（Fe³⁺）=3.0mol/L
• C、第②組剩余固體是銅鐵混合物
• D、第④組反應后的濾液中c（Fe²⁺）=6.0 mol/L

Answer 1

考點：有關混合物反應的計算,鐵鹽和亞鐵鹽的相互轉變

專題：幾種重要的金屬及其化合物

分析：鐵的還原性強于銅，所以Fe³⁺先和鐵發生反應：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，反應后Fe³⁺有剩余，再與銅發生反應：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，所以剩余的固體是銅或鐵和銅，
從第②組數據，可以得出FeCl₃溶液全部參與反應，100mL FeCl₃溶液能溶解金屬質量13.2g-1.28g=11.92g，大于第①組溶解的金屬質量，故第①組金屬完全反應、FeCl₃有剩余；
第②組實驗中FeCl₃溶液全部參與反應，其物質的量為=0.1L×4mol/L=0.4mol，假設只發生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，參加反應Fe的物質的量為0.2mol，則溶解的Fe的質量為0.2mol×56g/mol=11.2g＜11.92g，所以同時也有一部分Cu溶解，所以剩余的固體全部為Cu；
第③組實驗中溶解金屬為24g-12.8g=11.2g，混合物中Fe恰好完全反應、Cu不反應，剩余12.8g為Cu，即24g混合物中Cu的質量為12.8g，則混合物中m（Fe）：m（Cu）=11.2g：12.4g=7：8；
故第④組實驗中，剩余固體為Fe、Cu，溶液中溶質為FeCl₂；
A．結合第③組中Fe、Cu的質量，根據n=

m

M

計算解答；
B．根據轉移電子守恒計算剩余鐵離子濃度；
C．根據第②組數據確定固體成分；
D．根據氯原子守恒計算第④組反應后的濾液中c（Fe²⁺）．

解答： 解：鐵的還原性強于銅，所以Fe³⁺先和鐵發生反應：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，反應后Fe³⁺有剩余，再與銅發生反應：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，所以剩余的固體是銅或鐵和銅，
從第②組數據，可以得出FeCl₃溶液全部參與反應，100mL FeCl₃溶液能溶解金屬質量13.2g-1.28g=11.92g，大于第①組溶解的金屬質量，故第①組金屬完全反應、FeCl₃有剩余；
第②組實驗中FeCl₃溶液全部參與反應，其物質的量為=0.1L×4mol/L=0.4mol，假設只發生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，參加反應Fe的物質的量為0.2mol，則溶解的Fe的質量為0.2mol×56g/mol=11.2g＜11.92g，所以同時也有一部分Cu溶解，所以剩余的固體全部為Cu；
第③組實驗中溶解金屬為24g-12.8g=11.2g，混合物中Fe恰好完全反應、Cu不反應，剩余12.8g為Cu，即24g混合物中Cu的質量為12.8g，則混合物中m（Fe）：m（Cu）=11.2g：12.4g=7：8；
故第④組實驗中，剩余固體為Fe、Cu，溶液中溶質為FeCl₂；
A．第③組中Fe、Cu的質量分別是11.2g、12.4g，根據n=

m

M

知，n（Fe）：n（Cu）=

11.2g

56g/mol

：

12.8g

64g/mol

=0.2mol：0.2mol=1：1，故A錯誤；
B．混合物中n（Fe）：n（Cu）=1：1，根據①知，6g混合物中n（Fe）=n（Cu）=

6g

(56+64)g/mol

=0.05mol，該反應中轉移電子守恒，則消耗n（Fe³⁺）=

n(Cu)×2+n(Fe)×2

1

=

0.05mol×2+0.05mol×2

1

=0.2mol，則剩余c（Fe³⁺）=

4mol/L×0.1L-0.2mol

0.1L

=2mol/L，故B錯誤；
C．根據第②組數據知，剩余的固體全部為Cu，故C錯誤；
D．第④組實驗中，剩余固體為Fe、Cu，溶液中溶質為FeCl₂，則溶液中存在c（Fe²⁺）=

1

2

c（Cl^-）=

3

2

c（FeCl₃）=

3

2

×4mol/L=6.0 mol/L，故D正確；
故選D．

點評：本題考查混合物的計算，明確物質反應先后順序及各組剩余固體成分是解本題關鍵，再結合轉移電子守恒、原子守恒進行解答，同時考查學生思維縝密性，題目難度中等．